14, 15. Интерпретационная модель ГМ (спектрометрическая модификация) и алгоритм определения массовых содержаний ЕРЭ

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ГМС позволяет количественно определить: содержание K, U, Th и их парциальные вклады в общую радиоактивность; проводить детальное литологическое расчленение и стратиграфические коррекции разрезов; определить минеральный состав глин; количественно оценивать глинистость и ФЕС; прослеживать динамику обводнения пластов.

Зависимость интенсивности γ-излучения от энергии радиоактивных элементов

Для определения содержания U, Th, K-40 регистрируют γ-излучения в соответствующих энергетических «окнах». По результатам измерений составляется система из трёх линейных уравнений и вычисляется процентный состав каждого элемента в горной породе.

Области спектра для окон: 1,3 – 1,6 МэВ (калий), 1,65 – 2,1 МэВ (уран), 2,4 – 2,9 (торий).

с – «спектральные» градуировочные коэффициенты, представляющие скорость счёта в i-том канале на единицу содержания калия, урана и тория.

Полученные данные используются для определения следующих величин:

- минерального состава глин, других горных пород и условий их образования;

- глинистости коллекторов;

- битуминозности пород;

- выделения интервалов обводнённых коллекторов по радиогеохимическим аномалиям (РГХА) и последующего контроля для оценки объёмов, закачиваемой воды, прошедшей через коллектор.

Прямое решение задачи ГМ-с

i – номер канала: 1 – K, 2 – U, 3 – Th.

При этом J = I + F, а интерпретационный параметр – q – массовое содержание ЕРЭ в пласте.

16. Прямая и обратная задачи в теории ГГМ-п, метрологическое обеспечение алгоритма определения объёмной плотности пород

Регистрация плотностного гамма-гамма каротажа (ГГМ-П) основана на эффекте рассеяния жесткого гамма-излучения в изучаемой горной породе. Идея ГГМ-П основана на известных принципах взаимодействия гамма-излучения с различными веществами. Измеряя результат этого взаимодействия, можно, в частности определить и плотность горной породы. Основным фактором, влияющим на показания метода ГГМ-П является эффект комптоновского рассеяния гамма-квантов источника высоких энергий электронами ядер минералов, слагающих горную породу. Взаимодействуя с электроном, гамма-квант теряет часть своей энергии и меняет траекторию движения.

После неоднократного повторения подобной реакции гамма-квант изменяет свою траекторию настолько, что может быть зарегистрирован детектором, находящимся в приборе. По сути, прибор ГГМ-П измеряет электронную плотность горной породы, которая тесно связана с плотностью минералов слагающих её.

В качестве источников жёсткого g - излучения в скважинных приборах применяются ампульные источники, содержащие изотопы ⁶⁰Со или ¹³⁷Сs.

Плотностной ГГМ применяют для определения плотности пород и оценки качества крепления скважин. Основной эффект – комптона. Вероятность комптоновского рассеяния пропорциональна количеству электронов в единице объёма среды.

17. Метод рассеянного гамма-излучения

В основе метода лежит измерение интенсивности гамма-излучения, рассеянного породами в процессе их облучения источником гамма-квантов. Для этого в скважину опускают радиометр, где на расстоянии длины зонда L_γγ расположены источник и индикатор. Индикатор экранирован от прямого γ-излучения свинцово-железным фильтром, так что на него попадают только те γ-кванты, которые претерпели не менее 1 акта рассеяния в окружающей среде. Источник и индикатор часто экранируются и со стороны скважины, а облучение породы и восприятие рассеянного гамма-излучения происходит через небольшие отверстия в экране (коллиматоры), расположенные в прижимаемой к стенке скважины части прибора.

В спектральном распределении выделяется три области:

1. E_γ > 1 МэВ, интенсивность рассеянного γ-излучения I_γγ практически не зависит от вещественного состава среды, основной процесс – комптоновское рассеяние.

2. E_γ < 1 МэВ, наряду с комптоном всё больший вклад вносит фотоэффект; с уменьшением энергии нарастает интенсивность вследствие накопления гамма-квантов малой энергии при комптоновском рассеянии и одновременно её уменьшение с возрастанием Z из-за фотоэффекта.

3. Справа область ограничена энергией E_γ0 (максимум), основной процесс – фотоэффект, приводящий к резкому падению интенсивности. Граничное значение E_γ0 для различных Z не постоянно. При увеличении Z максимум сдвигается в область более высоких энергий.

Существует две модификации метода: плотностная и селективная. В плотностной источником обычно служит изотоп Co⁶⁰, испускающий γ-кванта относительно большой энергии (1,17 и 1,33 МэВ). Стальная гильза радиометра при этом поглощает мягкую составляющую спектра, следовательно, исследуется лишь первая область спектрального распределения. Селективная использует источники мягкого излучения (изотопы Cs¹³⁷, Sn¹¹³, Se⁷⁵, Hg²⁰³), индикаторы чувствительны к гамма-квантам низких энергий. Радиометр помещён в алюминиевую или плексигласовую гильзу, свободно пропускающую мягкое излучение. Исследуются 2 и 3 области. Этот метод чувствителен не только к изменению плотности, но и к вещественному составу, особенно при больших Z.

Диффузионные параметры γ-квантов

Уравнение диффузии

Изменение в элементарном объёме dV числа частиц dn/dt определяется разностью между количеством частиц q, образовавшихся в этом объёме в единицу времени t, и суммарным количеством частиц поглощённых p, и выбывших f за это же время из объёма dV:

Вероятность поглощения обратно пропорциональна времени жизни:

Утечка частиц выражается через оператор Лапласа:

Подставим полученные значения и получим уравнение диффузии в раскрытой форме:

18. Интерпретационные модели и алгоритмы определения объемной плотности горных пород в скважинах по данным ГГМ

С увеличением плотности пород и содержания в них тяжёлых элементов интенсивность снижается по экспоненциальному закону. При увеличении размера зонда интенсивность также снижается, однако чувствительность к обоим параметрам повышается. Это предопределяет выбор мощности источника излучений и размера зонда, а также методику эталонирования кривых интенсивности рассеянного гамма-излучения в единицах плотности ГП.

Очевидно, что оптимальным зондом будет зонд возможно большего размера, при котором регистрируемая скорость счёта I_γγ обеспечивает необходимую статистическую точность измерений, а также в несколько раз превышает величину интенсивности I_γ естественного гамма-излучения и прямого гамма-излучения I_γф от источника, проникающего в небольших количествах к индикатору через экраны. Чем больше мощность источника, тем большие длины зонда можно себе позволить, однако обычно применяют источники гамма-излучения, р/а которых не превышает 10 мг-экв Ra. Размер зонда в плотностной модификации 30 – 50 см, в селективной – 20 – 30 см.

Наличие между прибором и ГП слоя воздуха, воды, БР или ГК, плотность которых << плотности ГП, приводит к завышению величины I_γγ, поэтому предпочтительно использование прибора с прижимным устройством, а вот в скважинах, бурящихся долотом большого диаметра, изменение номинального диаметра скважины скажется на показаниях. Стоит отметить, что наличие ГК толщиной 1 см приводит к завышению величины интенсивности на 8 – 15%. Влияние локальных каверн и ГК уменьшается при использовании коллиматором, так как здесь основной вклад вносят гамма-кванты, поступающие из удалённого от стенки скважины объёма ГП. Чем меньше разница между плотностями БР, ГК с одной стороны и ГП с другой, тем меньше влияние первых.

Для исправления показаний используется график на рис. 55. Наносят точку А. Если она не попала на прямую, это говорит о наличии слоя воды или ГК. Проводим параллельно между кривыми линию, отмечаем точку В на пересечении с прямой и находим исправленные значения на обеих осях.

Практическая реализация этого способа требует применения 2-зондового прибора и получения для него эталонировочных графиков, подобных приведённому.

Наличие обсадных колонн приводит к снижению регистрируемых интенсивностей и резкому ухудшению чувствительности, особенно при заполнении затрубного пространства цементом. Следовательно, обычно исследования методом рассеянного гамма-излучения проводятся в необсаженных скважинах.

Область применения метода

В плотностной модификации уточняет литологию и оценивает коэффициент пористости. Последнее основано на связи объёмной плотности пород δ_п с величиной коэффициента пористости k_п:

Основным преимуществом метода для оценки пористости является его чувствительность к изменению пористости как в области её малых, так и в области больших значений. Важным преимуществом по сравнению с электрическими методами является меньшее влияние минерализации пластовой жидкости и БР, а также нечувствительность к структурно-текстурным особенностям исследуемых ГП.

Селективная модификация применяется для выявления в породах и рудах слабо различающихся по плотности скоплений тяжёлых элементов, что на кривых отмечается резко пониженными значениями интенсивности. Если плотности различаются, то необходимо сопоставление с кривыми плотностной модификацией. О наличии в рудах тяжёлых элементов судят по величине расхождения мягкой и жёсткой составляющих рассеянного гамма-излучения. Чем больше расхождение, тем вероятнее наличие тяжёлых элементов.

19,2. Процессы взаимодействия нейтронов с веществом. Нейтронные методы ГИС, их петрофизическая информативность

Нейтронные методы:

• метод спектрометрии гамма-излучения неупругого рассеяния (ГИНР);

• метод наведенной активности (активационный анализ) на быстрых нейтронах (НАб);

• метод резонансной активации;

• нейтрон-нейтронный метод по надтепловым нейтронам (ННМнт);

• стационарный нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам (ННМт);

• импульсный нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам (ИННМ);

• стационарный нейтронный гамма-метод (НГМ);

• спектрометрия захватного гамма-излучения (НГМ-С);

• импульсный нейтронный гамма-метод (ИНГМ);

• спектрометрическая модификация (ИНГМ-С или С/О-каротаж);

• импульсный нейтронный гамма-нейтронный метод (ИНГНМ);

• метод наведенной активности (активационный анализ) на тепловых нейтронах (НАт);

• нейтронные методы, использующие реакцию деления;

• фотонейтронный метод.

В практике промыслово-геофизических исследований в настоящее время преобладают нейтронный гамма-метод (НГМ), нейтрон-нейтронный метод по тепловым нейтронам (ННМ-т), импульсный нейтронный гамма-метод (ИНГМ). При промыслово-геофизическом контроле в процессе разработки месторождений внедряется в производство ИНГМ-С – импульсный нейтронный спектрометрический гамма-метод (так называемый «С/О-каротаж»).